CN109882448B - 一种具有圆弧形泵送槽的混流泵转轮室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有圆弧形泵送槽的混流泵转轮室，转轮室的内壁面是一圆球面，在内壁面上，沿周向均布多个圆弧形的泵送槽，每个泵送槽的中心轨迹线是由转轮室的出口端的径向断面上的圆弧P 1 P 2沿轴向的拉伸曲面与转轮室的内壁面相交得到，过泵送槽的中心轨迹线上任一点做中心轨迹线的垂面所截得的泵送槽的轮廓面是泵送槽的过流断面，过流断面是长方形；混流泵运行时，泵送槽既可增加流动阻力，起到阻碍叶顶泄漏流从叶轮出口侧向进口侧回流的作用，又像内凹的叶片一样对具有较高圆周速度的回流流体做功，将回流流体从叶轮进口侧泵送回叶轮出口侧，减少叶顶泄漏量，从而提高混流泵的水力性能和运行稳定性。
Description
技术领域
本发明属于流体机械技术领域，涉及一种混流泵，具体是混流泵的转轮室结构。
背景技术
混流泵具有扬程高、流量大、高效区宽的优点，还能对驼峰现象有较好的改善。目前，混流泵的应用已涉及到农业、工业、市政、航海业等各个方面，混流泵的内部流动对混流泵效率和稳定性的提高有着重要的意义，混流泵的叶顶与转轮室之间存在间隙，虽然间隙很小，但对整个流道都会产生一定的影响，叶片吸力面和压力面的压差导致流体通过间隙，产生叶顶间隙泄漏流，泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡，泄漏涡的存在不仅堵塞了流道，影响流道的正常流动，而且会造成旋转失速，降低混流泵的流动稳定性，造成极大的能量损失。由此可见，减少叶顶泄漏流和泄漏涡对混流泵的运行有着至关重要的作用。
中国专利申请号为201610855766.7、名称为“一种改善叶片轮缘泄漏流的混流泵”文献中公开的混流泵，其通过在叶片轮缘处加工出“齿状”方形凸起，转轮室内壁加工出“齿状”方形凹槽，二者相互配合来减少泄漏流，但其存在的问题是：由于叶片厚度较薄，不易加工出“齿状”凸起，加工难度大，并且方形凸起与方形凹槽相互配合时，间隙较小，要想完全匹配并不造成碰撞，安装难度极大，不能很好地实现泄漏流的减少。中国专利申请号为201610828287.6、名称为“一种抑制叶顶泄漏流的斜流泵”，通过在转轮室内壁面分布弧形凸台，减少叶片轮缘与转轮室之间的间隙，但该方案在转轮室圆弧面的壁面分布凸台，加工难度大，且流体流经凸台时会产生旋涡，旋涡会造成压力脉动，不能很好的减少泄漏流，提高运行稳定性。
发明内容
为了有效地减少叶顶泄漏流和提高混流泵的运行稳定性，且便于加工制造和安装，本发明提供了一种具有圆弧形泵送槽的混流泵转轮室，用于提高混流泵的水力性能以及运行稳定性。
本发明为解决上述问题采取的方案是：转轮室的内壁面是一圆球面，在内壁面上，沿周向均布多个圆弧形的泵送槽，每个泵送槽的中心轨迹线是由转轮室的出口端的径向断面上的圆弧P 1 P 2沿轴向的拉伸曲面与转轮室的内壁面相交得到，过泵送槽的中心轨迹线上任一点做中心轨迹线的垂面所截得的泵送槽的轮廓面是泵送槽的过流断面，过流断面是长方形。
进一步地，所述的圆弧P 1 P 2的端点P 1的极径
、极角是
；端点P 2的极径 
、极角是60°；圆弧P 1 P 2的半径r =（r 1+r 2）/2。
进一步地，转轮室的内壁面的球半径为R 1，圆球面的球心和转轮室的出口断面的圆心重合，转轮室的轴向长度为H，转轮室的进口端的径向断面的半径为R 2，
。
本发明的有益效果是：混流泵运行时，主流流体进入转轮室后，由于叶轮做功，叶轮出口侧的流体压力大于进口侧的流体压力，在压差的作用下，部分流体将沿叶轮和转轮室之间的间隙（叶顶间隙）从叶轮出口侧向叶轮进口侧回流，造成叶顶泄漏流。本发明在转轮室内壁面上均布的泵送槽，既可增加流动阻力，起到阻碍叶顶泄漏流从叶轮出口侧向进口侧回流的作用，又可以像内凹的叶片一样对具有较高圆周速度的回流流体做功，将回流流体从叶轮进口侧泵送回叶轮出口侧，减少叶顶泄漏量，从而提高混流泵的水力性能和运行稳定性。
附图说明
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为具有圆弧形泵送槽的混流泵的结构示意图；
图2为图1中转轮室的右视放大图；
图3为图2中A-A剖视图；
图4 为图2中的中心轨迹线在转轮室的出口端断面的投影图；
图5为图2中泵送槽的中心轨迹线的垂面的位置示意图；
图6为图5中泵送槽的过流断面的放大示意图。
图中，1.进水喇叭，2.转轮室，3.导叶室，4.泵轴，5.叶轮，6.导叶，7.叶轮螺母，8、9.螺栓，10.平键，11.轴承压盖，12.螺钉，13.轴承，14.骨架油封，15.泵送槽，16.泵送槽的中心轨迹线，17.泵送槽的过流断面，18.过流断面的中心线，19.泵送槽的侧壁，20.中心轨迹线的垂面。
具体实施方式
如图1所示，混流泵包括同轴心安装的进水喇叭1、转轮室2、导叶室3、泵轴4、叶轮5等，混流泵的进口段由进水喇叭1和转轮室2通过螺栓8沿轴向固定连接组成，转轮室2出口端通过螺栓9固定连接导叶室3的进口端，在转轮室2和导叶室3内部的中心轴位置处安装泵轴4，泵轴4上安装有叶轮5和导叶6，导叶6安装在导叶室3内，叶轮5安装在转轮室2内，叶轮5通过平键10和叶轮螺母7固定在泵轴4上。导叶6与叶轮5同轴安装，随泵轴4一起旋转。叶轮5由叶片与叶轮轮毂组成，叶片与叶轮轮毂为一体结构，叶片的叶顶与转轮室2的内壁面之间存在间隙。导叶6内装有轴承13，导叶由导叶叶片与导叶轮毂组成，导叶叶片与导叶轮毂为一体结构，导叶轮毂与叶轮轮毂通过螺钉12固定在一起。轴承13通过轴承压盖11轴向定位，轴承13两端安装有骨架油封14。
如图2和3所示，转轮室2的内壁面是一圆球面，圆球面的球半径为R 1，转轮室2的出口端的径向断面是圆形，圆球面的球心和转轮室2的出口端的径向断面的圆心O重合，转轮室2的轴向长度为H，转轮室2的进口端的径向断面的半径为R 2，其中
。
在转轮室2的内壁面上，沿周向均布多个圆弧形的泵送槽15，泵送槽15的数量最佳是6个。每个泵送槽15的中心轨迹线16是位于转轮室2的内壁面上的一条空间圆弧形曲线。
如图4所示，每个泵送槽15的中心轨迹线16在转轮室2的出口端的径向断面上的投影为一段圆弧P 1 P 2，也就是中心轨迹线16是由转轮室2的出口端的径向断面上的圆弧P 1 P 2沿轴向的拉伸曲面与转轮室2的内壁面相交得到。在转轮室2的出口端的径向断面上，圆弧P 1 P 2的端点P 1的极径
、极角是
；端点P 2的极径
、极角是60°；圆弧P 1 P 2的半径r =（r 1+r 2）/2。
如图5所示，过泵送槽15的中心轨迹线16上任一点M做中心轨迹线16的垂面20所截得的泵送槽15的轮廓面是泵送槽15的过流断面17，过流断面17是长方形，长方形的短边是泵送槽15的侧壁19的边，长方形的长边是泵送槽15的槽底和槽口的边。在过流断面17上，沿泵送槽15的槽宽方向上，泵送槽15关于过流断面17的中心线18对称，过流断面的中心线18通过M点以及转轮室2的球心O。泵送槽15的槽宽b=2mm，槽深h=1mm，槽口处的半径为R 1，即等于转轮室2的内壁面的球半径R 1，
沿泵送槽15的中心轨迹线16全程，泵送槽15的过流断面17形状尺寸保持不变，过流断面17的中心线18始终通过转轮室2的球心。
泵送槽15可以通过数控机床铣削加工获得。泵送槽15的中心轨迹线16即铣刀的行进路径，转轮室2的球心至中心轨迹线16上每一点的连线方向即该点处铣刀的朝向，铣刀在和泵送槽15的中心轨迹线16垂直的平面内铣出过流断面17的形状。一个泵送槽15加工完成后，可将转轮室2旋转
，依次加工出所有泵送槽15。
混流泵运行时，由泵轴4带动叶轮5转动，流体从进水喇叭1进入转轮室2，在叶轮5的作用下，转轮室2的出口侧的流体压力大于进口侧流体的压力，在这一压差的作用下，部分流体沿叶轮5和转轮室2之间的间隙（即叶顶间隙）从转轮室2出口侧向进口侧回流，形成叶顶泄漏流，叶顶泄漏流进入转轮室2内壁面上加工的泵送槽15时，因高速旋转的叶轮5的带动作用，叶顶泄漏流同样具有较高的绕泵轴4的圆周速度分量，而泵送槽15静止不动，这样泵送槽15的侧壁19相对叶顶泄漏流高速转动，对叶顶泄漏流做功，使其压力升高，进而将这部分流体泵送回转轮室2的出口侧，因此，泵送槽15的泵送作用减少了叶顶泄漏量，提高了混流泵的水力性能和运行稳定性。
Claims (1)
1.一种具有圆弧形泵送槽的混流泵转轮室，转轮室（2）的内壁面是一圆球面，其特征是：在内壁面上，沿周向均布多个圆弧形的泵送槽（15），每个泵送槽（15）的中心轨迹线（16）是由转轮室（2）的出口端的径向断面上的圆弧P 1 P 2沿轴向的拉伸曲面与转轮室（2）的内壁面相交得到，过泵送槽（15）的中心轨迹线（16）上任一点做中心轨迹线（16）的垂面（20）所截得的泵送槽（15）的轮廓面是泵送槽（15）的过流断面（17），过流断面（17）是长方形；所述的圆弧P 1 P 2的端点P 1的极径
、极角是0°；端点P 2的极径 
、极角是60°；圆弧P 1 P 2的半径r =（r 1+r 2）/2；转轮室（2）的内壁面的球半径为R 1，圆球面的球心和转轮室（2）的出口断面的圆心重合，转轮室（2）的轴向长度为H，转轮室（2）的进口端的径向断面的半径为R 2，
；泵送槽（15）的槽宽b=2mm，槽深h=1mm，槽口处的半径等于转轮室（2）的内壁面的球半径R 1；
沿泵送槽（15）的中心轨迹线（16）全程，泵送槽（15）的过流断面（17）形状尺寸保持不变，过流断面（17）的中心线通过转轮室（2）的球心；泵送槽（15）的数量是6个。
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